地铁盾构隧道在修建过程中将不可避免的穿越地下管线及邻近结构物,如桩基础、既有隧道结构。砂卵石地层是一种力学不稳定的地层,受盾构穿越地层的地质条件及施工工艺限制,盾构掘进必然会对土体产生扰动形成地层损失,导致土体的应力应变状态发生改变,一方面引起地表及既有结构物发生位移,另一方面导致既有结构物受力状态发生改变,影响既有结构物的安全使用。因此,研究砂卵石地层中盾构施工对邻近结构物的影响对控制盾构施工、减小施工对邻近结构物的影响、提高结构物的安全使用性具有重要的学术价值和社会效益。以城市砂卵石地层地铁区间盾构隧道为背景,采用Φ520mm 土压平衡式模型盾构系统开展室内掘进模拟试验。该模拟盾构系统包含掘削系统、推进系统和出渣系统,能实现盾构机的掘进、开挖、出土、管片拼装等主要过程。试验主要针对砂卵石地层中盾构施工对邻近桩基础、扩大基础以及既有隧道结构的影响开展了相关试验,同时结合理论分析和数值模拟对盾构施工引起邻近结构物的影响开展了对比分析,取得的主要研究成果如下:1、分析了盾构施工引起地层发生沉降的机理和发展过程,对砂卵石地层中地层移动机理和影响因素进行了探讨。在此基础上,具体分析了盾构施工对邻近基础和既有隧道结构的影响。2、采用三维有限元方法对砂卵石地层中盾构隧道近接扩大基础、桩基础以及既有隧道结构施工产生的影响进行了数值模拟,分析了盾构动态施工对扩大基础、桩基础的影响规律。结合分析结果,对盾构施工过程中从盾构顶进推力和注浆压力两方面提出了相应的控制方法。针对砂卵石地层中盾构施工邻近既有隧道结构施工,主要分析了支护压力对地表变形的影响,对盾构掘进过程中围岩的应力场和位移场进行了研究。3、引入颗粒离散元对砂卵石地层中盾构掘进相关问题进行分析,具体分析了颗粒离散元方法中细观计算参数的标定过程,同时,重点分析了颗粒接触刚度、颗粒法向切向接触刚度比、颗粒间摩擦系数、围压以及颗粒间连接强度等因素对标定结果的影响,得到了标定参数随影响因素的变化规律。4、采用二维颗粒离散元对砂卵石地层和基础的细观计算参数进行了标定,同时将数值计算结果与解析解进行对比,验证了计算参数的正确性。在此基础上,对盾构掘进邻近扩大基础、桩基础施工开展了数值模拟,重点分析了隧道开挖过程中扩大基础自身应力的变化规律和地层应力状态,从细观层面上对隧道开挖过程中洞周土体颗粒的接触状态进行了对比分析。针对砂卵石地层中新建隧道对既有隧道结构的影响,重点从地层损失、隧道埋深等方面分析了盾构施工对既有隧道结构的影响。5、模型试验重点从盾构近接扩大基础、桩基础施工过程中,基础自身的位移变化情况和自身内力变化规律方面进行研究。结果发现,随着盾构与基础间距离的减小,盾构对基础周围土体的挤压效应更明显,扩大基础受到的扰动更大,水平侧移值也最大。扩大基础由于其存在不均匀沉降,由此导致基础发生倾斜。盾构近接施工引起的地层扰动导致桩身轴力和弯矩的变化,桩身弯矩表现出顶部弯矩值均为零,逐渐增加到极值(出现在沿桩身长度约0.75H的位置),然后再减小为零值的变化规律。城市地铁盾构隧道的修建必然对地表结构物及地中既有结构物产生影响,从而引起一系列环境问题。本论文的研究成果对研究盾构施工对地层及邻近结构物的影响机理,控制盾构施工引起的地表变形以及减小盾构施工引起的环境扰动具有重要的参考价值和工程意义。